CN111741803A - 过滤介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于折叠式过滤元件或袋式过滤器的过滤介质，在所述过滤介质中包括至少两个非织造布层，所述至少两个非织造布层通过纤维的缠绕而彼此连接；本发明还涉及生产所述过滤介质的方法；使所述过滤介质带电的方法；带电的过滤介质以及所述过滤介质的用途。

Description

过滤介质
技术领域
本发明涉及用于折叠式过滤元件或袋式过滤器的过滤介质，其中至少两个非织造布层通过使纤维交织而彼此连接，本发明还涉及生产所述过滤介质的方法，使所述过滤介质带电的方法，带电的过滤介质(驻极体)以及所述过滤介质的用途。
背景技术
迄今为止，多层过滤介质的各层通常已经彼此粘结。粘合剂可能会阻碍渗透性。另一个缺点是在各层之间的空隙中积聚非常小的颗粒。因此，常规过滤器中的压力差通常不必要地高，或者更具体地，相对快速地急剧升高。
还有一些将细纤维层直接铺设在载体层上的方法。则各层通常仅彼此松散地连接。细纤维层的表面不能抵抗机械影响。仅仅低水平的应力就将导致具有突出纤维的不平坦表面。在这些层的情况下，没有耐磨表面，也没有与细纤维的积极连接。
其他方法转而使过滤层部分焊接或层压。这种部分连接或在整个表面上的连接至少在所连接的表面处阻碍空气流过过滤器，并且这样做会增加过滤阻力。
文献WO 2004 069378描述了一种空气过滤器，其中非织造布层与热熔粘合纤维粘结。
文献DE 101 36 256描述了生产设置在载体材料上的短纤维。
在文献DE 20 2005 019 004中，各层彼此焊接或层压。在此，压力差也不必要地高。
文献DE 697 32 032描述了一种过滤器，其中，各层通过熔融和喷涂而连接。在此，压力差也不必要地高。
文献DE 198 04 940描述了一种过滤介质，其中，将非织造布层铺设在大量的载体层上，然后使用液体或气体高压介质射流使各层结合。该复合材料可以由纤维非织造织物和/或长丝纺粘非织造织物组成。在该文献中，针刺被认为是不利的。没有并入细分离层。
文献WO 2011/112309 A1描述了一种用于尿布闭合件的高弹性非织造材料，其在变形后具有高恢复力。
文献DE 699 10 660 T2描述了具有纸层的灰尘过滤袋，其中各个层可以带电。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于折叠式过滤元件或袋式过滤器的多层过滤介质，其中各个层以形状配合的方式彼此连接，并且以耐磨的方式将至少一个细纤维层并入该复合材料中。
在第一实施方案中，通过用于折叠式过滤元件(例如，迷你折叠式过滤器)或袋式过滤器的过滤介质解决了本发明所基于的问题，所述过滤介质包括至少两个非织造布层，其特征在于，至少两个非织造布层通过使纤维交织而彼此连接，其中这些层中的至少一个为细纤维层。
该特征具有以下优点：各层以形状配合的方式连接，并且在非常小的颗粒的情况下，压力差的增加比现有技术的过滤器的情况更均匀且更慢，并且介质适用于细尘过滤。
本发明的过滤介质优选包括至少一个水刺层和至少一个细纤维层。任选地，过滤介质还可以包括保留层。所述保留层优选由1至3个平行非织造布层组成。
如果本发明的过滤介质是用于折叠式过滤介质的过滤介质，则本发明的过滤介质优选恰好包括两个非织造布层。在这种情况下，优选为水刺层和细纤维层。作为细纤维层的替代，也可以使用保留层。如果过滤介质由水刺层和细纤维层组成，则水刺层优选位于过滤介质的上游侧。如果过滤介质由水刺层和保留层组成，则保留层优选位于过滤介质的上游侧。
如果过滤介质适合于袋式过滤器，则优选至少有3个纤维层。所述纤维层优选为保留层、水刺层和细纤维层，其中保留层优选位于过滤介质的上游侧。
任选地，可以提供过渡层，其例如为水刺层。水刺层优选布置在上游侧或在保留层与细纤维层之间或在下游侧。
本发明的过滤介质优选属于颗粒过滤器类别ePM10、ePM2.5、ePM1、M5、M6、F7、F8、F9、E10、E11、MERV 8至MERV 16中的一种。尺寸为0.3μm至2.5μm的DEHS[＝癸二酸二乙基己酯]液滴的初始分离效率优选在15％至95％的范围内。
过滤介质优选包含少于0.5重量％的吸附剂(如例如活性炭)。根据定义，本专利申请中描述的非织造布和纤维不是根据本发明的吸附剂。
在崭新状态下，本发明过滤介质的初始压力差优选在5Pa至250Pa的范围内。在崭新状态下，在16.7cm/s的流速下，过滤介质的初始压力差特别优选在5Pa至400Pa的范围内。流速也可以以其他速度测量，例如在5cm/s至500cm/s的范围内。这些流速下的初始压力差也优选在5Pa至250Pa的范围内。
旨在用于过滤介质并交织的纤维或非织造布层优选不疏水且不带电。因此，可以通过水射流来容易地交织纤维。
对于尺寸为10x 10cm的样品，过滤介质优选具有至少1N的抗弯强度。抗弯强度可以高达50N。较高的抗弯强度具有以下优点：这些层更容易折叠，然后不再返回其原始状态，而是保持折叠。另外，袋式过滤器的袋不会鼓起太多，因此不会阻碍空气从相邻袋中流出。抗弯强度例如可以使用来自Zwick公司的拉伸试验机进行测量。
过滤介质在最大拉伸强度下的伸长优选在0至150％的范围内，特别优选在30％至100％的范围内。可以例如根据ISO 9073-15“Simple Strip Tensile Test on TwoDimensional Textile Structures”(第2部分，Nonwovens and Composites)来确定在最大拉伸强度下的伸长。这种特别低的弹性使得该材料可以容易地折叠并且在袋式过滤器中在尺寸上也更加稳定。
过滤介质的总厚度优选在0.5mm至10mm的范围内。如果过滤介质的总厚度小于0.5mm，则对于折叠稳定性而言，刚度可能太低。
过滤介质的单位面积质量优选在50g/m2至400g/m2的范围内。如果过滤介质的单位面积质量低于该范围，则结果可能是滞尘能力降低。如果单位面积质量高于该范围，则可能该过滤器在经济上不可行。
保留层
过滤介质还优选具有保留层。
保留层的单位面积质量优选在20g/m2至200g/m2，更优选30g/m2至120g/m2，最优选40g/m2至90g/m2的范围内。保留层的厚度优选在0.8mm至6mm的范围内，特别优选在1mm至5mm的范围内。保留层的材料优选为平行非织造布(在这种情况下，纤维在纵向上定向)。保留层的非织造布优选地由聚烯烃纤维形成。然而，非织造布也可以全部或部分地由聚酯纤维(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成。聚对苯二甲酸乙二醇酯也可以优选至少部分为聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物。聚烯烃纤维非织造布具有以下优点：与由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的非织造布相比，其更容易带电。保留层中的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的比例优选在30重量％至100重量％的范围内。
聚乙烯纤维和聚丙烯纤维特别优选作为聚烯烃纤维。
保留层的非织造布优选被热结合。该特征具有以下优点：由于所述非织造布保持其体积，因此其在复合材料中具有特别高的保留能力。
保留层可以优选地由例如在一个操作步骤中生产的一至三个层组成。该材料优选为平行非织造布。作为替代，其也可以为成网非织造布。
水刺层
水刺层优选为水力缠结纤维非织造布。水刺层的材料优选地由聚烯烃纤维形成。然而，非织造布也可以全部或部分地由聚酯纤维(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)或共聚物纤维或双组分纤维制成。水刺层的单位面积质量优选在30g/m2至200g/m2的范围内。水刺层的厚度优选在0.5mm至2mm的范围内。水刺层优选在一个操作步骤中缠结，并通过高能水射流结合至细纤维层上。在这种情况下，水射流的压力水平例如在4MPa至20MPa的范围内。缠结和层结合在水力缠结系统中进行。缠结杆喷嘴条中孔的直径例如在0.05mm和0.13mm之间，并且布置成一排、两排或三排。优选地，使用两个或三个缠结杆。然而，能量输入也可以分布在多达五个缠结杆上。
对于折叠式过滤器，水刺层可优选具有含量大于40重量％的双组分纤维和/或热熔粘合纤维。
水刺层也可以构造成三维结构。3D结构的优点是表面扩大，因此具有更高的滞尘能力。在用于折叠式过滤元件的过滤介质中，3D结构同时充当折叠之间的间隔物。为了实现3D结构，分别使用在缠结滚筒上具有图案或相应开口的滚筒或可互换壳体。3D结构例如通过随后的热处理而固定。
水刺层的纤维的长度优选在38mm至60mm的范围内。
细纤维层
细纤维层的材料优选为聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和/或聚酯。聚酯可优选为聚对苯二甲酸丁二醇酯。特别优选为聚丙烯材料。
细纤维层可包含铁电材料(如例如钙钛矿，特别是BaTiO3或AlTiO3)。这些添加剂增加了电荷稳定性。铁电材料优选包含在细纤维层的纤维中，甚至更优选分散在纤维的聚合物中(例如，作为添加剂)。基于纤维质量，细纤维层中的铁电材料的含量优选在0.01重量％至50重量％的范围内。
细纤维层的单位面积质量优选在5g/m2至50g/m2的范围内，甚至更优选在10g/m2至35g/m2的范围内。细纤维层中纤维细度的优选分布在0.1μm至4μm的范围内，其中最大在0.6μm至1.2μm之间。
细纤维层的厚度优选在0.08mm至1mm的范围内。例如，通过细纤维层中纤维直径的分布来设定小颗粒的压力差和分离效率。
细纤维层可优选地由一个、两个或三个层组成。其也可以应用于非织造底布(刚度基底或更具体地，基底层)，优选单位面积质量在10g/m2至200g/m2范围内的长丝纺粘非织造织物或热结合纤维非织造织物。该非织造底布可以布置在细纤维层和保留层之间，或者布置在下游侧或上游侧。
细纤维层纤维的中值平均直径优选在600nm至1200nm的范围内。细纤维层中纤维的纤维细度优选在0.3dtex至3.3dtex的范围内。
至少一个层优选为熔喷非织造布(超细纤维纺粘非织造布)。至少一个层也可以例如为纳米纤维层。
如果至少一个层由熔喷非织造布制成，则优选地，其他层都不为纳米纤维层。
细纤维层在最大拉伸强度下的伸长优选在0至150％的范围内，特别优选在30％至100％的范围内。可以例如根据ISO 9073-15“Simple Strip Tensile Test on TwoDimensional Textile Structures”(第2部分，Nonwovens and Composites)来确定在最大拉伸强度下的伸长。这种特别低的弹性使材料可以展开而不会翘曲，并且可以毫无延迟地进行处理。
层的布置
可以将至少另一个非织造织物(优选长丝纺粘非织造织物或热结合纤维非织造织物)层(过渡层或保护层)布置在保留层和水刺层之间和/或在细纤维层的背对水刺层的一侧。该非织造织物层的单位面积质量优选在10g/m2至50g/m2的范围内。该非织造织物层(过渡层或保护层)的材料优选为聚丙烯、聚乙烯或聚酯。
如有必要，该非织造织物层(过渡层或保护层)优选布置在细纤维层的下方，并通过交织以形状配合的方式连接至水刺层。同时，该非织造织物层用作防止外部磨损的保护层。
水刺层和细纤维层优选以形状配合的方式彼此连接。特别优选，水刺层和细纤维层彼此水力缠结。在这种情况下，保护层和/或保留层也可以同时缠结。
保留层可以形状配合的方式连接至水刺层。例如，水力缠结与热处理结合使用。这种工艺组合具有以下优点：除了结合各层之外，还获得了折叠所需的刚度。然而，作为替代，也可以简单地将保留层放置在其他复合材料层上。
保留层还可以形状配合的方式，甚至更优选地通过水力缠结，连接至水刺层以及细纤维层。
水刺层和细纤维层一起的厚度优选在0.7mm至1.5mm的范围内。
整个过滤介质的厚度优选在0.7mm至10mm的范围内。
优选地，过滤介质不包括不基于热塑性材料的层，并且特别地不包括由金属、木材或纸制成的层。该方面具有以下优点：过滤介质可以容易地热成型、熔化、焊接和胶粘。
优选地，过滤介质不具有薄膜，甚至更优选地不具有聚合物薄膜。同样地，过滤介质不具有任何纸或短纤维素纤维。即使是穿孔的薄膜或纸，也不必要地增加了压力差并阻碍了流动。
优选地，过滤介质的各层彼此不粘结。由于不使用粘合剂，因此可以减小压力差。
本发明的过滤介质优选不浸渍有树脂，或者甚至不设置有固化树脂。因此，可以实现低压力差。
相邻层优选以其大于90％的各自面积彼此结合；特别优选，相邻层的整个表面彼此结合。
生产过滤介质的方法
在另一个实施方案中，通过一种生产本发明的过滤介质的方法而解决本发明所基于的问题，其特征在于，至少两个非织造布层通过交织(例如，使用高能水射流)以形状配合的方式彼此连接。
优选地，非织造布层均不在有机溶剂中形成。该特征具有以下优点：生产系统不必受到防爆保护。
优选使用高能水射流或蒸汽射流用于交织工艺。特别优选是水射流。
优选将用于细纤维层的非织造织物进给至水力缠结系统中。该非织造织物优选可单独地或组合地具有如上所描述的性质。
除了用于细纤维层的非织造织物之外，还优选将用于水刺层的纤维进给至水力缠结系统中。这些纤维可优选在进给之前进行梳理，并且可通过横向码布机或交叉铺网机进行铺设，或者可以以平行非织造布的形式进行进给。这些纤维优选可单独地或组合地具有如上所描述的水刺层的性质。可以优选在将非织造布进给至交织装置之前对其进行拉伸。
例如，除了用于细纤维层的非织造布和用于水刺层的纤维之外，将用于保留层的非织造布/非织造织物进给至交织装置。该非织造织物优选可单独地或组合地具有如上所描述的性质。
在缠结和生产复合材料之后，可以压延所得的过滤介质，以增加刚性，减小厚度并压缩。
在缠结和层结合之后并且可以在压延之前，将所得的过滤介质优选在烘箱中干燥并固定。
在干燥和/或压延之后，优选使过滤介质带电。使过滤介质带电优选在线进行。
出于本发明的目的，应将带电视为极化的同义词。在过滤器的技术领域中，这两个术语通常用作同义词。
在另一个实施方案中，通过一种使本发明的过滤介质带电的方法而解决本发明所基于的问题，其特征在于，使所述过滤介质带电(例如，正电和/或负电)。
优选使用加电装置使过滤介质带电。加电装置优选具有一至五对，甚至更优选，两至四对电极和反电极。电极优选地联接至发电机。加电电压优选设定在15kV至60kV的范围内，特别优选在20kV至30kV的范围内。为了加电，电流强度优选设定在1mA至10mA的范围内，甚至更优选设定在2mA至5mA的范围内。从电极至反电极的距离优选设定为10mm至40mm范围内的距离。操作速度优选设定在10m/min至100m/min的范围内。
任选地，加电装置也可以与烘箱结合。
在另一个实施方案中，通过带电的过滤介质而解决本发明所基于的问题，该带电的过滤介质可以通过前述方法来获得。
在另一个实施方案中，通过将过滤介质以折叠式过滤元件、过滤包或过滤袋的形式用作液体过滤器(如例如，油过滤器或燃料过滤器)、空气过滤器(例如，发动机进气口空气过滤器)、空气处理系统(空调系统、通风系统)的过滤器、燃气轮机的过滤器，从外部空气中收集细尘的室内过滤器(甚至用于车辆)，或者真空吸尘器的过滤器而解决本发明所基于的问题。
具体实施方案
示例性实施方案
将厚度为0.25mm，单位面积质量为25g/m2的聚丙烯(PP)熔喷非织造织物以细纤维层的形式进给至水射流系统。在进入水力缠结系统之前，将由纤维长度为38mm，单位面积质量为70g/m2的PP和PP/PE纤维的混合物制成的非织造布放置在细纤维层上。水刺层由这种纤维非织造布制成。然后使用横向码布机通过梳理和铺设由这些纤维形成非织造布。之后，将这两个层在水射流系统中以通常的参数进行水力缠结，然后进行干燥和压延。干燥在149℃下进行。然后，在具有4对电极和反电极的加电装置中，以20kV至30kV的加电电压和3.7mA至4.4mA的电流强度使过滤介质带电。电极之间的距离为15mm。加电过程的操作速度为25m/min。
在该第一示例性实施方案中描述的过滤介质的特征在于以下织物物理值：单位面积质量：105g/m2，厚度：0.9mm，透气性：430l/(m2s)。所得的过滤介质允许在16.7cm/秒(MFP3000)的流速下从气流中过滤出至少70重量％的颗粒尺寸为0.3μm至2.5μm的DEHS液滴(DEHS＝癸二酸二乙基己酯)。过滤开始时的压力差为90Pa。
第二示例性实施方案生产了以下过滤介质：
将厚度为0.25mm，单位面积质量为15g/m2的聚丙烯(PP)熔喷非织造织物以细纤维层的形式进给至水射流系统。另外，将单位面积质量为15g/m2的聚丙烯长丝纺粘非织造织物(作为过渡层)进给至水射流系统的熔喷非织造织物下方。在进入水力缠结系统之前，将由纤维长度为38mm，单位面积质量为70g/m2的PP和PP/PE纤维的混合物制成的非织造布放置在该细纤维层上。水刺层由这种纤维非织造布制成。然后使用横向码布机通过梳理和铺设由这些纤维形成非织造布。之后，将这些层以常规参数在水射流系统中进行水力缠结；同时产生三维结构。在具有直径为6mm的孔的圆柱体上通过水射流缠结来进行该结构化。水射流的压力将层的纤维推入这些孔中，从而获得三维结构。在149℃下进行干燥和固定。
然后还另外将平行非织造布放置在长丝纺粘非织造织物层上作为保留层。平行非织造布由单位面积质量为60g/m2的聚酯纤维组成。
在该第二示例性实施方案中描述的过滤介质的特征在于以下织物物理值：单位面积质量：160g/m2，厚度：3.9mm，透气性：860l/(m2s)。所得的过滤介质允许在16.7cm/秒(MFP3000)的流速下从气流中过滤出至少35重量％的颗粒尺寸为0.3μm至2.5μm的DEHS液滴(DEHS＝癸二酸二乙基己酯)。过滤开始时的压力差为90Pa。在最终的过滤介质中，由水刺层、细纤维层和长丝纺粘非织造织物层组成的复合材料的厚度大约为1.65mm，而保留层的厚度为2.25mm。
为了以各种实施方案实现本发明，在本说明书、附图和权利要求书中公开的本发明的特征不仅可以单独使用而且可以任何组合使用。本发明不限于所描述的实施方案。考虑到本领域技术人员的知识，可以在权利要求的范围内改变本发明。

Claims (12)

1.用于折叠式过滤元件或袋式过滤器的过滤介质，所述过滤介质包括至少两个非织造布层，其特征在于，至少两个非织造布层通过使纤维交织而彼此连接，其中这些层中的至少一个为细纤维层。
2.根据权利要求1所述的过滤介质，其特征在于，在崭新状态下，在16.7cm/s的流速下，所述过滤介质的初始压力差在5Pa至400Pa的范围内。
3.根据前述权利要求中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述过滤介质包括至少一个水刺层和至少一个细纤维层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述过滤介质包括至少一个水刺层和至少一个细纤维层，以及附加的保留层，其中，所述保留层优选由1至3个平行非织造布层组成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述细纤维层由一个、两个或三个层组成，其中，特别地，至少一个层为熔喷非织造织物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述细纤维层的厚度在0.08mm至1mm的范围内。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的过滤介质，其特征在于，所述水刺层和所述细纤维层以形状配合的方式特别地通过水力缠结而彼此连接。
8.用于生产根据前述权利要求中任一项所述的过滤介质的方法，其特征在于，至少两个非织造布层以形状配合的方式通过交织而彼此连接。
9.根据前述权利要求中任一项所述的生产过滤介质的方法，其特征在于，所述介质在干燥后进行压延。
10.使根据权利要求1至7中任一项所述的过滤介质带电的方法，其特征在于，使所述过滤介质带电。
11.通过权利要求10所述的方法获得的带电的过滤介质。
12.根据权利要求1至7或11中任一项所述的过滤介质作为液体过滤器、空气过滤器、空气处理系统的过滤器、燃气轮机的过滤器、从外部空气中收集细尘的室内过滤器，或真空吸尘器的过滤器的用途。
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